DE1751559B1

DE1751559B1 - Ventilsteuerung fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1751559B1
Application number: DE19681751559
Authority: DE
Inventors: Santi John Dominic
Original assignee: Briggs and Stratton Corp
Current assignee: Briggs and Stratton Corp
Priority date: 1967-06-26
Filing date: 1968-06-19
Publication date: 1970-12-10
Also published as: BE716976A; CH468558A; US3403667A; FR1570937A; JPS4835896B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung für hörige Energiebedarfskurve beim unbelüfteten Kom-Brennkraftmaschinen, insbesondere für Einzylinder- pressionshub. Eine Maschine mit einer Charakteristik Viertakt-Maschinen, mit Kompressionsverminderung gemäß Kurve B kann erst bei einer Drehzahl von beim Anlassen mittels beschränkter Belüftung des 850 U/min anlaufen (Schnittpunkt der Kurven A Brennraumes über mindestens ein periodisch nocken- 5 und B).

gesteuertes Ventil, welches sich zumindest in einem Bei einem Schwungrad größerer, beispielsweise

festgelegten Bereich des Steuerdiagramms innerhalb dreifacher Masse erhält die Kurve A einen Verlauf des Kompressionshubes zwischen einem geringen, die gemäß Kurvet'.

Belüftungsströmung aus dem Brennraum festlegen- Mit einem sehr schweren und auch teuren

den Öffnungshub und der Schließstellung druck- to Schwungrad läuft die Maschine früher an und hat abhängig verstellen kann. bei einer geringeren Rückstoßgefahr über alle Takte

Vor allem in Verbindung mit den bevorzugt ver- ein nahezu konstantes Drehmoment. Praktisch ist es wendeten preiswerten Seilstartern an Brennkraft- aber unmöglich, ein so schweres Schwungrad zu vermaschinen wurde zur Lösung des Anlaßproblems viel wenden, daß die Kurve A' vollständig über der Aufwand bezüglich der Verminderung der Anlaß- 15 Kurve B liegt.

kompression im Brennraum beim Kompressionshub Die bisher beste Möglichkeit, die Kurve B der

getrieben (deutsche Patentschrift 1 175 488 und F i g. 1 zu senken, ist eine Kompressionsvermindedeutsches Patent 1242 046). rung. Wenn nach der deutschen Patentschrift

Aufgabe der Erfindung ist zunächst allgemein die 1 175 488 einer der Ventilnocken eine das Ventil Schaffung einer gegenüber dem Stand der Technik 20 geringfügig von seinem Sitz abhebende, in einem erheblich verbesserten Ventilsteuerung, mit der eine Winkelbereich außerhalb des Gaswechsels zugeord-Brennkraftmaschine mit relativ kleinem Schwungrad neten Erhebung liegende Erhebungsform aufweist leicht, ohne Rückschlaggefahr mit einer im wesent- und das Ventil erst nach dem Zurücklegen von etwa liehen gleichbleibenden Andrehkraft angelassen wer- drei Viertel des Kompressionshubes schließt, ergibt den kann. 25 sich die Kurve C der Fig. 1. Diese Maschine ist

Die Erfindung basiert auf nachfolgenden Über- leichter anzulassen, doch verbleiben auch hier die legungen: großen Schwankungen des erforderlichen Andreh-

Beim Anlassen ist die kinetische Energie des momentes (Seilstarterzug) über die Arbeitstakte der Schwungrades praktisch unmittelbar proportional Maschine, vor allem, weil bei ungezündeten Arbeitsseinem Trägheitsmoment und dem Quadrat seiner 30 takten der Unterdruck im Brennraum nicht vermin-Drehzahl. Für die normale Arbeitsdrehzahl reicht dert wird.

ein relativ leichtes Schwungrad aus. Ein erheblich Spezielle Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist

schwereres Schwungrad wird aber benötigt, um beim es, ohne Vergrößerung des Schwungrades das AnAnlassen Rückstöße zu verhindern. Wichtig ist in lassen noch mehr zu erleichtern, insbesondere das diesem Zusammenhang, daß bei jeder Drehzahl ober- 35 Starten mit einem im wesentlichen konstanten Anhalb der geringsten Anlaßdrehzahl der Kolben allein drehmoment über alle Arbeitstakte der Maschine zu durch die bei Beginn des Kompressionshubes verfüg- ermöglichen und den Unterdruck bei einem nicht bare kinetische Energie sicher über den Totpunkt gezündeten Arbeitstakt zu vermindern, bewegt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Die Kurve A der F i g. 1 zeigt die bei Beginn eines 4° löst, daß bei dem vor der Vervollständigung des Kompressionshubes für die Kompression des Gases Kompressionshubes auftretenden Abfallen der Kolverfügbare Energie in Abhängigkeit von der Maschi- bengeschwindigkeit der mögliche Öffnungshub des nendrehzahl bei einer Einzylinder-Viertakt-Maschine Ventils derart verkleinert wird, daß der Druckanstieg mit normalem Schwungrad. im Brennraum fortdauert.

Zur Vereinfachung wurde bei Berechnung der 45 In welchem Maße die vorliegende Erfindung die Kurvet nur die kinetische Energie des Schwung- vorerwähnten Aufgaben löst, zeigt die KurveD der rades berücksichtigt und angenommen, daß Schwung- Fig. 1. Bei allen Werten oberhalb von 200 U/min rad und Kurbelwelle stets 50 Umdrehungen je Mi- liegt die Kurve D gut unterhalb der Kurvet. So nute machen, wenn der Kolben den oberen Totpunkt läßt sich die zuvor betrachtete Maschine mit einem durchläuft. Für die Maschinenreibung bei einer mitt- 5° Startseilzug anlassen, der nur ein Viertel des bisher leren Drehzahl während des Kompressionshubes üblichen beträgt, wobei kaum eine Schwankung des wurde ein Energiebetrag abgezogen. Die Kurve A Zugwiderstandes über die Arbeitstakte der Maschine zeigt daher die während des Kompressionshubes ver- spürbar ist und die Maschine mit einem geeigneten fügbare Energie unter der Annahme, daß eine Zün- Brennstoff-Luft-Gemisch schon erheblich unter dung erfolgt. 55 500 U/min einwandfrei im Leerlauf arbeiten kann.

Da die für die Kompression des Gases im Brenn- Bei der ersten Ausführungsform behält das Ventil,

raum erforderliche Energie beim Kompressionstakt solange der Kolben beim Kompressionshub gegenzum Teil abhängt von der Brennraumfüllung, kann über ^er Kurbelwelle beschleunigt, einen gleichbleidie für die Kompression erforderliche Energie in di- benden kleinen Abstand vom Sitz und wird erst gerekter Beziehung zu der Gasmenge vermindert wer- 60 gen den Sitz bewegt, wenn die Kolbengeschwindigkeit den, die man aus dem Brennraum während des Korn- gegenüber der Kurbelwellendrehzahl abnimmt, wopressionshubes durch Belüftung austreten läßt. Die bei die Geschwindigkeit, mit der sich der Ventilspalt zur Kompression erforderliche Energie ist aber nicht vermindert, größer ist als die Abbremsung des KoI-nur von der Gasmenge abhängig, die bei der Be- bens. Hierdurch bleibt, wenn der Kolben gegenüber lüftung entweichen kann, sondern auch von dem 65 der Kurbelwelle beschleunigt und der Brennraum-Punkt des Kompressionshubes, an dem die Belüftung druck stärker anwächst, die für die Schließung des beendet wird. Ventils erforderliche Gasaustrittsgeschwindigkeit aus

Die Kurve B der F i g. 1 ist die zur Kurve A ge- dem Brennraum konstant. Wenn bei der Kolben-

verzögerung der Druckzuwachs im Brennraum abnimmt, nimmt die zur Schließung des Ventils erforderliche Gasaustrittsgeschwindigkeit stärker ab.

Bei der anderen Ausführungsform werden sowohl der Ventilspalt und die sich der Schließbewegung des Ventils entgegenstellende Federkraft konstant gehalten, solange der Kolben gegenüber der Kurbelwelle beschleunigt. Die Federkraft nimmt jedoch beim Kompressionshub ab, wenn der Kolben gegenüber der Kurbelwelle verzögert, wobei die Federkraftverminderung schneller erfolgt als die Abbremsung der Kolbengeschwindigkeit.

Bei jeder dieser beiden Anordnungen oder bei ihrer Kombination ist die Zeit der Ventilschließung beim Kompressionshub stets eine Funktion der Maschinendrehzahl, und es wird der kritische Wert der für die Ventilschließung maßgeblichen Gasaustrittsgeschwindigkeit früher erreicht, wenn die Drehzahlen ansteigen. Hieraus resultiert, daß der Scheitelbrennraumdruck beim Kompressionshub stets von der Kurbelwellendrehzahl abhängig und so groß ist, daß die erforderliche Energie zur Kompression des Gases auf den Scheiteldruck nicht größer wird als die für eine solche Kompression zur Verfügung stehende kinetische Energie.

Den Gegenstand der Erfindung weiter ausbildende Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 die vorerwähnten Kurven für die Abhängigkeit der verfügbaren und der erforderlichen Energie für die Gaskompression in Abhängigkeit von der Drehzahl bei erfindungsgemäßen und dem Stand der Technik entsprechenden Maschinen,

F i g. 2 einen Teilschnitt einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine im Betrieb, kurz bevor der Kolben während des Kompressionshubes seine Maximalgeschwindigkeit erreicht,

Fig. 3a und 3b nebeneinandergelegt ein Nockenhubdiagramm der erfindungsgemäßen Kompressionsverminderungsanordnung in Verbindung mit einer Darstellung der begrenzt frei einstellbaren Ventil-

F i g. 4 eine stark vergrößerte Ansicht eines Nokkens für eine erfindungsgemäß ausgebildete Ventilbetätigungsvorrichtung,

F i g. 5 bis 9 schematische Darstellungen von Ventil und Betätigungsvorrichtung zu verschiedenen Ap beitszeitpunkten,

F i g. 10 einen Teilschnitt durch eine Brennkraftmaschine gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei sich das Einlaßventil und dessen Betätigungsvorrichtung zu Beginn des Kompressionshubes an dem Punkt befinden, an dem das Einlaßventil einer konventionellen Brennkraftmaschini gerade eben geschlossen hat,

Fig. 11 eine der Fig. 10 ähnliche Darstellung einer mit eigener Kraft laufenden Brennkraftmaschine in der Mitte des Kompressionshubes,

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht einer Blattfederanordnung der Fig. 10 und 11,

F i g. 13 eine geschnittene Teilansicht eines Ventils mit zugehöriger Betätigungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kurz vor Beginn des Kompressionshubes und

Fig. 14 eine der Fig. 13 ähnliche Darstellung nach Durchlaufen des ersten Drittels des Kompressionshubes.

Die in Fig. 2 dargestellte Viertakt-Brennkraftmaschine enthält in einem Zylinder 5 einen Kolben 6, der von einer Kurbelwelle 7 über eine Kolbenstange 8 hin- und herbewegt wird. Der obere Teil des Gehäuses, zu dem der Zylinder gehört, bildet einen Brennraum 2, in den eine Zündkerze 3 hineinragt. Bei jedem Kolbenhub wird der Kolben zunächst ίο gegenüber der Kurbelwelle beschleunigt und dann verzögert. Die Verbindung zwischen Kolben und Kurbelwelle bewirkt, daß der Kolben beim Kompressionshub eine Maximalgeschwindigkeit gegenüber der Kurbelwelle erhält, wenn er sich um etwa fünf Achtel über diesen Hub bewegt hat.

Die Brennkraftmaschine ist mit einem Einlaßventil 9 versehen, über das das Brennstoff-Luft-Gemisch dem Brennraum aus einem Einlaßstutzen 4 zugeführt wird. Die Brennkraftmaschine hat ferner ein nicht dargestelltes Auslaßventil, über das die verbrannten Gase aus dem Brennraum abgeführt werden. Obwohl die Erfindung nur in Verbindung mit dem Einlaßventil beschrieben und erläutert wird, kann sie mit geringen Abweichungen auch bei einem Auslaßventil oder einem zusätzlichen Ventil, das neben den üblichen Einlaß- und Auslaßventilen vorgesehen ist, zur Anwendung kommen.

Das Einlaßventil 9 trägt auf seiner nach unten ragenden Ventilstange 11 einen Ventilteller 10. Diese besondere Ausrichtung des Ventils ist jedoch, wie sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung noch ergeben wird, nicht bedeutungsvoll.

Das Einlaßventil 9 wird mit einer Mechanik betätigt, zu der eine Feder 12 und ein Nocken 13 gehören, welcher über ein Untersetzungsgetriebe 14 zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle mit der halben Kurbelwellendrehzahl angetrieben wird. Zwischen dem Ventil und der Betätigungsvorrichtung ist ein Spiel vorgesehen, so daß sich das Ventil um einen zuvor festgelegten kleinen Betrag relativ zur Betätigungsvorrichtung bewegen kann.

Der Nocken 13 wirkt über einen Stößel 15 auf das Ventil in öffnender Richtung ein, d. h., der Stößel 15 kann den Ventilteller 10 vom Sitz 16 entfernen. Die Feder 12, mit der das Ventil normalerweise in Schließrichtung vorgespannt wird, sorgt dafür, daß der Stößel an dem Nocken 13 anliegt. Die Feder 12 ruht zwischen einem festen Federwiderlager 17 am Maschinengehäuse und einem hutförmigen Federwiderlager 18, das auf einem Kopf 19 am oberen Ende des Stößels aufsitzen kann. In der Nähe des unteren Endes befindet sich am Ventilschaft ein mit geringerem Durchmesser ausgebildeter Halsteil 20, welcher frei beweglich in einer koaxialen Bohrung des Federwiderlagers 18 angeordnet ist und in der Nähe des unteren Endes des Ventilschaftes eine nach oben gerichtete Schulter 23 bildet. Der Abstand zwischen der Schulter 23 und der Unterseite des Ventilschaftes ist um einen zuvor festgelegten Betrag kleiner als der Abstand zwischen der Oberseite 21 des Stößelkopfes und der Unterseite des hutförmigen Federwiderlagers 18, so daß dem Ventil ein beschränkter freier Hub gegenüber der Betätigungsvorrichtung ermöglicht wird. Die untere Grenze dieser freien Bewegung ist gegeben durch das Aufliegen der Bodenfläche 22 des Ventilschaftes an der Oberseite 21 des Stößelkopfes, während die obere Grenze dieser freien Bewegung definiert ist durch das Anliegen

der Schulterfläche 23 an der Unterseite des Feder- Wenn man die Betätigung des Einlaßventils 9 an Widerlagers 18. Vorzugsweise hat die Weglänge die- Hand der F i g. 3 a und 3 b von links nach rechts verser freien Ventilbewegung eine Größe von 0,25 bis folgt, erkennt man, daß der Nocken in üblicher Weise 0,5 mm. seinen maximalen Hub hat, wenn sich der Kolben Der freien Bewegung des Ventils 9 gegenüber der 5 in der Mitte des Ansaugtaktes befindet. In diesem Betätigungsvorrichtung wird entgegengewirkt. Dies Falle hält der Nocken das Ventil am weitesten vom geschieht vorzugsweise durch eine Reibungskraft, die Sitz entfernt.

ständig zwischen dem Ventilteller 10 und dem Hals- Am Ende des Ansaugtaktes und am Anfang des teil 20 des Ventilschaftes zum Angriff kommt. Die Kompressionstaktes befindet sich ein »fallender« Teil Reibungsanordnung kann einen Gummikörper oder io des Nockens an dem Stößel zur Anlage, wie es einen Reibbelag 26 aus Automobilbremsbelagmaterial Fig. 4 bei P schematisch zeigt, so daß die Betätienthalten und läßt sich in einer genau gebohrten gungsvorrichtung das Ventil relativ schnell in Führung 27 des Maschinengehäuses relativ zum Ven- Schließrichtung bewegt. Während dieses Teiles des tilschaft bewegen. Zum Andrücken dient eine Druck- Arbeitszyklus ist jedoch der Druck im Brennraum feder 28, die sich zwischen einem Federwiderlager 15 nicht größer als der Druck am Einlaßstutzen. Beim 29 des Maschinengehäuses und dem Reibbelag 26 Anlassen und wenn die Maschine langsamer als die abstützt. Die Reibungsanordnung befindet sich in normale Leerlaufdrehzahl läuft, hält die Reibungsdem Teil 30 des Maschinengehäuses, welcher die anordnung das Ventil an der oberen Grenze seiner Ventilführung enthält und oberhalb der die Ventil- freien Bewegung, d. h., die Schulterfläche 23 des feder 12 aufnehmenden Kammer 31 liegt, so daß die 20 Ventilschaftes beaufschlagt das Federwiderlager 18. Ventilbetätigungsvorrichtung nicht gestört werden Diesen Zustand zeigt F i g. 5. Während dieses ventilkann. Als Federwiderlager 29 kann ein abnehmbarer schließenden Teiles des Arbeitszyklus entspricht da-Deckel 34 dienen, welcher die Ventilfederkammer 31 her die augenblickliche Lage des Ventils gegenüber verschließt. dem Sitz der oberen Kurvenlinie H der Fig. 3a

Die zwischen dem Federwiderlager 29 und dem 25 und 3 b.

Reibbelag 26 eingespannte Druckfeder 28 sorgt da- Bald nachdem der Kolben den Teil seines Komfür, daß der Ventilschaft mit Federkraft beaufschlagt pressionshubes erreicht, an dem üblicherweise das wird. Bei der Ausführungsform der Erfindung ge- Einlaßventil schließt, wird der Ventilstößel von maß F i g. 2 beaufschlagt der Reibbelag 26 einen einem Teil des Nockens beaufschlagt, der einen konnach oben konvergierenden Konusteil 35 des Ventil- 30 stanten Radius hat und so bemessen ist, daß das schaftes, so daß die nach oben gerichtete Ventil- Ventil, selbst wenn es sich an der unteren Spielgrenze bewegung etwas erschwert ist gegenüber der Ab- befindet, etwa 0,1 mm von seinem Sitz entfernt gewärtsbewegung. Normalerweise ist die Vorspannkraft halten wird. Der Nockenteil mit konstantem Radius, des Reibbelages so groß, daß eine Abwärtsbewegung der in F i g. 4 mit Q bezeichnet ist, entspricht dem des Ventils bei einer Druckdifferenz am Ventilteller 35 Teil der Kurve F zwischen den Nockenwinkeln 245 von weniger als 70 g/cm² behindert wird und daß die und 275^c. Es ist hierdurch eine vollständige Ventil-Aufwärtsbewegung behindert wird, wenn die Druck- Schließung verhindert, bis der Kolben seine maximale differenz am Ventilteller kleiner als 280 g/cm² ist. Geschwindigkeit gegenüber der Kurbelwelle erreicht. Diese Werte sind nur zur Erläuterung eines bevor- Wenn sich das Ventil in diesem Teil des Arbeitszugten Druckbereiches angegeben. Normalerweise ist 40 zyklus an der oberen Spielgrenze befindet, ist es um die Ausrichtung des Ventils ebenfalls nicht erheblich, einen zusätzlichen Betrag von 0,45 mm vom Sitz da die am Ventilteller angreifenden Kräfte schon bei entfernt. Die hier angegebenen numerischen Werte Druckdifferenzen von 70 g/cm² wesentlich größer entsprechen denen der Fig. 3a und 3b und sind nur sind als das Gewicht des Ventils. als erläuternd zu werten.

Von großer Bedeutung ist die Gestalt des Nockens 45 Von dem Punkt maximaler Kolbengeschwindigkeit 13, da sie die kontrollierte Belüftung des Brenn- bei etwa 275° bis zu einem Nockenwinkel von 297° raumes ermöglicht, in der der Kernpunkt der vor- kurz bevor die Zündung zu erwarten ist, liegt am liegenden Erfindung liegt. Die tatsächliche Gestalt Ventilstößel der in F i g. 4 mit R bezeichnete Nockendes Nockens zeigt Fig. 4. Die Fig. 3a und 3b zei- teil mit kleiner werdendem Radius an, der als fallengen ein abgewickeltes Nockenhubdiagramm, aus dem 50 der Teil der Kurve F in der F i g. 3 b erkennbar ist. auch ersichtlich ist, in welche Lage sich das Ventil Wenn das Ventil sich an der unteren Spielgrenze bebei einer vorgegebenen Stellung des Nockens bewe- findet, schließt es bei diesem fallenden Teil des Nokgen kann. Speziell zeigt die untere Kurve F der kens sehr schnell, und zwar in dem angenommenen Fig. 3a und 3b eine Abwicklung des Nockenprofils Beispiel genau bei einem Nockenwinkel von 281°, in bezug auf den Ventilsitz, der durch die horizontale 55 bei dem die Kurve F die den Ventilsitz kennzeich-Linie G gekennzeichnet ist. Die obere Kurve H zeigt nende horizontale Linie G schneidet. Sollte sich das die obere Grenze der freien Ventilbewegung bei je- Ventil während dieses Teiles des Kompressionshubes der Winkelstellung des Nockens. In diesem Falle ist an der oberen Spielgrenze befinden (was nur bei davon ausgegangen, daß dieser freie Weg 0,45 mm einem sehr langsamen Anlassen geschieht), wird es beträgt. 60 trotzdem geschlossen, wenn der Nocken den Nocken-Die F i g. 3 a und 3 b haben als Abszisse den Nok- winkel 297° erreicht, da an diesem Punkt die kenwinkel, d. h. die relative Winkelstellung des Nok- Kurve H die Ventilsitzlinie G schneidet, kens 13. Die Kurbelwelle dreht sich doppelt so Während des Arbeitstaktes bleibt das Ventil, wenn schnell wie die Nockenwelle, d. h., zwei Umdrehun- es sich an der unteren Spielgrenze befindet, geschlosgen der Kurbelwelle bei einem vollständigen Arbeits- 65 sen, wie es die Kurven F und G zeigen. Sollte sich zyklus entsprechen einer Umdrehung des Nockens. das Ventil an der oberen Spielgrenze befinden, ist Der Nullpunkt des Nockenwinkels ist willkürlich in es 0,3 mm vom Sitz entfernt. Die tatsächliche Lage der Mitte des Arbeitstaktes gewählt. des Ventils während des Arbeitstaktes hängt davon

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ab, ob am Ende des unmittelbar vorangehenden strömung eine Funktion des Gasdruckes im Brenn-

Kompressionstaktes eine Verbrennung erfolgte oder raum ist, wird der für die Ventilschließbewegung

nicht. Im Falle einer Verbrennung hält der Druck kritische Wert der Belüftungsströmung erst sehr spät

im Brennraum das Ventil fest im Sitz. Wenn keine im Kompressionstakt erreicht. Für solch langsames

Verbrennung stattgefunden hat, ergibt sich im Brenn- 5 Andrehen ist die Beziehung von Ventil, Ventilsitz

raum ein Unterdruck, sobald sich der Kolben bei und Betätigungsvorrichtung vor der Erreichung des

dem ungezündeten Arbeitstakt nach unten bewegt, kritischen Wertes der Belüftungsströmung in den

weil ja in dem vorangegangenen Kompressionstakt F i g. 6 und 8 dargestellt. Diese Figuren zeigen die

ein Teil des Gases entweichen konnte. Daher wird Zustände kurz vor und kurz hinter dem Punkt des

das Ventil in die Offenstellung gesaugt, um das bei io Kompressionstaktes, an dem der Kolben gegenüber

der Rückbewegung des Kolbens entstehende Vakuum der Kurbelwelle seine maximale Geschwindigkeit hat.

aufzufüllen, so daß das Andrehen ganz wesentlich Diese Punkte entsprechen den Punkten Q und R der

erleichtert ist. F i g. 4.

Im Bereich des Auslaßtaktes ist der Nocken unter Wird die Maschine ziemlich schnell angedreht, erden Basiskreis abgearbeitet, d. h., der Radius ist so 15 folgt der Druckanstieg im Brennraum schneller, da klein, daß das Ventil von der Feder 12 der Betäti- über einen vorgegebenen Kolbenweg nur eine gegungsvorrichtung im Sitz gehalten wird, wobei der ringere Belüftung über die Kompressionsverminde-Stößel zwischen dem Nocken und der Unterseite des rungsöffnung ertolgen kann, so daß der für die Federwiderlagers 18 ein Spiel von 0,15 mm haben Schließbewegung des Ventils maßgebliche kritische kann. Dies ist auch aus der F i g. 3 b erkennbar, wo 20 Wert der Belüftungsströmung früher im Kompresdie Kurve H unterhalb der Ventilsitzlinie G liegt. sionstakt erreicht wird.

Schließlich hat der Nocken einen ausgeprägten Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß

Nocken- oder Anstiegsteil, mit dem das Ventil kurz F i g. 2 ist zu Beginn des Kompressionstaktes selbst

vor dem Ende des Auslaßtaktes vom Sitz angehoben bei normalen Betriebsdrehzahlen eine volle Ventil-

und während des ersten Teiles des Ansaugtaktes voll 25 Schließung nicht möglich, denn das Ventil wird um

geöffnet wird, so daß dem Brennraum in üblicher einen kleinen Betrag von beispielsweise 0,1 mm vom

Weise eine neue Gasladung zugeführt werden kann. Sitz entfernt gehalten. Dieser Zustand ist in der

Es soll nun wieder der Kompressionstakt beachtet F i g. 7 dargestellt, die den gleichen Punkt des Komwerden. Wie erwähnt, ist die Reibungsanordnung be- pressionstaktes wie F i g. 6 zeigt, aber von einem strebt, das Ventil an der oberen Spielgrenze zu hai- 30 Zustand ausgeht, bei dem die kritische Belüftungsten, wenn das Ventil aus der voll geöffneten Stellung strömung schon sehr früh bei der Kompression ergeschlossen wird (F i g. 5). Beim Anlassen und beim reicht wird. Das Ventil wird geringfügig in der vorsehr langsamen Lauf der Maschine ist das Ventil be- beschriebenen Weise vom Sitz entfernt gehalten, weil strebt, sich in Abhängigkeit von der Gasströmung am bei höheren Betriebsdrehzahlen das Ventil einen er-Ventilteller, d. h. in Abhängigkeit von der Geschwin- 35 heblichen nach unten gerichteten Impuls erhält, wenn digkeit, mit der das Gas über den Ventilsitz aus dem es bei Beginn des Kompressionstaktes durch Feder-Brennraum abströmt, auf seinen Sitz in Richtung auf kraft in Richtung auf den Sitz bewegt wird. Wegen die untere Spielgrenze zu bewegen. des Bewegungsspieles gegenüber der Betätigungsvor-

Die Größe der Belüftungsströmung am Ventil- richtung bewegt dieser Impuls das Ventil über seine teller, bei der das Ventil sich tatsächlich zum Sitz 40 freie Weglänge, wenn die Betätigungsvorrichtung bewegt, schwankt während des Kompressionstaktes. stark verzögert. Wenn man dem Ventil die Möglichin dem Teil des Kompressionstaktes, in dem der KoI- keit gäbe, zu diesem Zeitpunkt seinen Sitz zu beaufben gegenüber der Kurbelwelle beschleunigt, d. h. schlagen, würde es dies mit sehr großer Kraft tun bis zu einem Nockenwinkel von etwa 270°, bleibt und einen übermäßigen Verschleiß bewirken. Das dieser kritische Wert konstant bei etwa 70 g/cm², weil 45 Ventil neigt nicht dazu, auf den Stößel aufzuprallen, sowohl der Ventilspalt (Abstand zwischen Ventilteller da wegen des vom Reibbelag 26 beaufschlagten ko- und Sitz) als auch die Reibungskraft am Ventil kon- nischen Ventilschaftabschnittes 35 die Aufwärtsstant bleibt. Von 270 bis 297°, d. h., wenn der KoI- bewegung gegenüber dem Stößel stärker behindert ben seine Bewegung verlangsamt, vermindert sich der ist als die Abwärtsbewegung.

Ventilspalt stetig, so daß dann auch in entsprechen- 50 Beim Anlassen behindert die Reibungsanordnung

dem Maße die Größe der kritischen Belüftungsströ- den nach unten gerichteten Ventilimpuls und ver-

mung am Ventilteller kleiner wird. Nun kann das sucht, das Ventil an der oberen Spielgrenze zu halten,

Ventil in Abhängigkeit von kleiner und kleiner wer- bis es durch die Druckdifferenz am Ventilteller nach

denden Belüftungsströmungen am Ventilteller auf unten gedrückt wird, sobald die Belüftungsströmung

den Sitz bewegt werden. Bei diesem Teil des Korn- 55 den vorerwähnten kritischen Wert übersteigt,
pressionstaktes wird der Ventilspalt schneller kleiner Beim Normalbetrieb bleibt das Ventil zwischen

als der Kolben seine Bewegung verlangsamt. den Nockenwinkeln 245 und 275° gemäß Fig. 7

Da während des gesamten Kompressionstaktes der etwa 0,1 mm von seinem Sitz entfernt. Diese stati-

für die Ventilschließung maßgebliche kritische Wert onäre Lage des Ventils endet an dem Punkt, an dem

der Belüftungsströmung gegenüber dem augenblick- 60 der Kolben seine Maximalgeschwindigkeit gegen-

lichen Druckanstieg im Brennraum abnimmt, schließt über der Kurbelwelle erreicht. Dann wird das Ventil

das Ventil früher, wenn der Druck schneller aufge- im Laufe der nächsten 6 oder 7° der Nockendre-

baut wird, d. h. bei höheren Maschinendrehzahlen. hung auf den Sitz bewegt. Die von dem noch nicht

Wenn die Maschine ziemlich langsam angedreht geschlossenen Ventil gebildete sehr kleine öffnung wird, entweicht der Druck über das teilweise geöff- 65 in dem vorerwähnten stationären Ventilzustand nete Ventil fast so schnell, wie er dadurch aufgebaut läßt keine maßgeblichen Gasmengen aus dem Brennwird, daß der Kolben sich über den Kompressions- raum entweichen, so daß das Ventil als im wesenttakt bewegt. Da die Geschwindigkeit der Belüftungs- liehen geschlossen angesprochen werden kann. Eine

gemäß den Grundlagen dieser Erfindung ausgebildete Brennkraftmaschine kann daher eine Ausgangsleistung haben, die der einer ohne Kompressionsverminderung ausgebildeten Maschine mit gleicher Abmessung und gleichem Kompressionsverhältnis entspricht.

Bei kleinen Anlaßdrehzahlen befindet sich das Ventil während dieses vorerwähnten stationären Nockenbereiches an der oberen Spielgrenze (Fig. 6), um eine Öffnung freizugeben, die eine erhebliche Kompressionsverminderung ermöglicht. Hierbei ist das Ventil etwa 0,55 mm vom Sitz entfernt.

Falls das langsame Andrehen andauert, nachdem der Kolben beim Kompressionstakt seine Bewegung gegenüber der Kurbelwelle verlangsamt, würde sich der Druck im Brennraum vermindern, wenn die Querschnittsfläche der Kompressionsverminderungsöffnung auf einem relativ großen Wert konstant bleibt, denn der sich verlangsamende Kolben baut seinen Druck langsamer auf als die Öffnung einen Abbau dieses Druckes ermöglicht. Um dies zu verhindern und sicherzustellen, daß der Sclieiteldruck stets am Ende des Kompressionstaktes erreicht wird, bewegt die Betätigungsvorrichtung das Ventil geringfügig schneller in Schließrichtung als der Kolben seine Bewegung verzögert. Dies ist aus der Kurve// zwischen den Nockenwinkeln 275 und 297° erkennbar. In diesem Teil des Kompressionstaktes steigt daher der Druck im Brennraum selbst bei sehr langsamem Anlassen weiter an. Außer einer Sicherstellung, daß während des gesamten Kompressionstaktes der Druck im Brennraum ansteigt, ergibt sich durch die Verminderung des Ventilspaltes zwischen den Nockenwinkeln 275 und 297° ein sich stetig vermindernder kritischer Wert der Belüftungsströmung, bei dem das Ventil durch den Gasdruck des Brennraumes gegen den Sitz bewegt wird. Wenn sich der Veniilspalt vermindert, kann eine immer kleinere Energie das Ventil über sein Spiel bewegen, so daß es auf immer kleinere Druckdifferenzen am Ventilteller, d. h. bei immer kleiner werdenden Werten der Belüftungsströmung, ansprechen kann.

Nachdem das Ventil einmal geschlossen hat, bleibt es durch den Gasdruck im Brennraum geschlossen, obwohl es, wie schon zuvor erwähnt, bei einem nichtgezündeten Arbeitstakt, wenn der Druck im Brennraum auf einen Wert von etwa 280 g/cm² unter dem Druck des Einlaßstutzens abfällt, wieder von seinem Sitz abgesaugt werden kann.

Bei einer magnetgezündeten Maschine kann der Magnet beim Anlassen keine so hohe Spannung liefern wie beim Normallauf. Die für die Zündkerzen erforderliche Zündspannung ändert sich jedoch mit dem Druck im Brennraum. Da aber die Scheiteldrücke beim Anlassen einer erfindungsgemäßen Maschine sehr klein sind, reicht die relativ geringe Ausgangsspannung des Magneten für eine Zündung aus. Daher kann die Maschine schon bei sehr geringer Drehzahl mit eigener Kraft laufen, so daß nur geringe Mühe aufzuwenden ist, um die Maschine auf eine Drehzahl zu bringen, bei der sie mit eigener Kraft läuft. Wegen der durch die Erfindimg ermöglichte optimale Beziehung zwischen der erforderlichen Energie und der Drehzahl, die sicherstellt, daß der Kolben stets durch die kinetische Energie des Schwungrades über den Kompressionstakt bewegt wird, kann die Maschine auch mit einer sehr geringen Drehzahl laufen.

Die Steilheit der Kurve, welche die erforderliche Energie in Abhängigkeit von der Drehzahl zeigt, kann bei einer erfindungsgemäßen Maschine dadurch ausgewählt werden, daß man den Ventilbetätigungsnocken entsprechend gestaltet, daß man das Spiel zwischen Ventil und Betätigungsvorrichtung entsprechend wählt und daß man die Reibungskraft einstellt, die sich dem freien Spiel des Ventils federnd entgegenstellt. Wenn man das Ventil zu Beginn des Kompressionstaktes weiter vom Sitz entfernt hält, ergibt sich ein geringerer Kompressionsscheiteldruck. Ist dagegen das Ventil nicht so weit vom Ventilsitz entfernt, erhält die Energiebedarfskurve eine größere Steilheit. Wenn die Reibungskraft am Ventil so geändert wird, daß sich der Widerstand gegen eine Abwärtsbewegung während des gesamten Kompressionstaktes vergrößert, was beispielsweise dadurch geschehen kann, daß man den Konus 35 am Ventilschaft schwächer macht oder indem man die Feder 28 stärker wählt, ergibt sich ein geringerer Kompressionsscheiteldruck, so daß die Energiebedarfskurve flacher verläuft.

In Berücksichtigung dieser Abhängigkeiten kann ein gewünschter Verlauf der Energiebedarfskurve durch entsprechende Ausbildung der Ventilanordnung ausgewählt werden. Auf Grund dieser Kurve kann dann für die Maschine ein, geeignetes Schwungrad berechnet werden.

Die in F i g. 2 dargestellte Maschine zeigt ein Betriebsverhalten, das mitunter, vor allem bei Maschinen ohne Regler, zu beanstanden ist. Solche Nachteile können mit einer Anordnung gemäß Fig. 10 und 11 beseitigt werden.

Wenn eine Einzylindermaschine in der Anordnung gemäß F i g. 2 angelassen und ihre Drosselklappe unmittelbar nach dem Start geschlossen wird, um die Maschine in den Leerlauf zu bringen, kann die Maschine mit einer sehr niedrigen Drehzahl von beispielsweise 900 bis 1000 U/min, laufen. Wenn jedoch die gleiche Maschine mit voller Drehzahl läuft und dann die Drossel geschlossen wird, läuft sie mit der normaleren Leerlaufdrehzahl von 1500 bis 1800 U/min. Sollte die Maschine dann beispielsweise durch eine Last oder eine Fehlbedienung erheblich abgebremst werden, fällt sie ab und hält die geringe Leerlaufdrehzahl von 900 bis 1000 U/min.

Daher hat die Maschine gemäß F i g. 2 je nach der Leerlaufdrosseleinstellung zwei Leerlaufdrehzahlen. Die untere dieser zwei Drehzahlen (900 bis 1000 U/min) kann so gering sein, daß die Maschine schlecht beschleunigt, wenn man die Drosselklappe öffnet, weil die Mischung zu arm ist und kleine Maschinen normalerweise nicht mit einer Beschleunigerpumpe od. dgl. versehen sind.

Diese Leerlaufdrehzahlverdoppelung beruht einerseits auf dem Druckverhältnis zwischen dem Einlaßstutzen und dem Brennraum im gedrosselten Leerlauf und andererseits auf der Trägheit des Einlaßventils.

Wenn eine Maschine mit in Leerlaufstellung stehender Drossel läuft, liegt der Einlaßstutzendruck bei Beginn des Kompressionstaktes im wesentlichen unter dem Atmosphärendruck. Der Brennraumdruck liegt zu diesem Zeitpunkt ebenfalls unter dem Atmosphärendruck und praktisch geringfügig unter dem Einlaßstutzendruck. Der Einlaßstutzendruck steigt während des Kompressionstaktes an, jedoch nicht so schnell wie der Brennraumdruck, so daß die

Druckdifferenz am Einlaßventil während des größten Teiles der Zeit, in der der Kolben beschleunigt, nicht groß genug ist, das Ventil in Schließrichtung zu betätigen. Wenn die Maschine sehr langsam läuft, kann daher das Ventil an der oberen Spielgrenze verbleiben und Stellungen einnehmen, die die Kurve H der F i g. 3 a zeigt. Unter diesen Bedingungen wird die für die Verschließung notwendige Druckdifferenz nicht vor dem Punkt maximaler Kolbengeschwindigkeit erreicht. Die Belüftungsströmung aus dem Brennraum, welche die Ventilschließung dann bewirkt, ist, bezogen auf die Gesamtladung des Brennraumes so groß, daß die zum Zündzeitpunkt verbleibende Gasladung nur noch in der Lage ist, die Maschine sehr langsam laufen zu lassen.

Die vorerwähnten Bedingungen liegen allerdings nicht beim Anlassen vor, da der Kolben sich beim Ansaugtakt langsam genug bewegt, um in den Brennraum eine erhebliche Ladung einzusaugen, und da die Maschine normalerweise mit geöffneter Drosselklappe angelassen wird.

Wenn die Maschine gemäß F i g. 2 mit normaler Betriebsdrehzahl läuft, arbeitet das Einlaßventil trägheitsabhängig, d. h., es bewegt sich bei der Schließbewegung (s. Kurve H in F i g. 3 a zwischen den Nockenwinkeln 210 und 235°) so schnell, daß es vom eigenen Trägheitsmoment über das gesamte freie Spiel nach unten bewegt wird. Wenn die Maschine abgebremst wird, bleibt das Ventil bis herab zu Drehzahlen unter der normalen Leerlaufdrehzahl von 1500 bis 1800 U/min völlig trägheitsabhängig; wenn die Maschine mit der größeren Leerlaufdrehzahl läuft, bewegt sich das Ventil zwischen den Nockenwinkeln 235 und 240° unmittelbar an die untere Spielgrenze, um dann anschließend die Stellungen einzunehmen, die in F i g. 3 a durch die Kurve F gekennzeichnet sind. Ist dies der Fall, kann nur ein sehr kleiner Teil der Ladung während des Kompressionstaktes aus dem Brennraum entweichen, so daß die Maschine weiterhin mit normaler Leerlaufdrehzahl läuft.

Die Maschinendrehzahl, bei der das Ventil völlig trägheitsabhängig arbeitet, ist daher kritisch für einen guten Leerlaufbetrieb. Wenn das Einlaßventil nicht vollständig trägheitsabhängig arbeitet, bis die Maschine eine Drehzahl von beispielsweise mindestens 1500 U/min erreicht, kann die Maschine den zuvor erwähnten doppelten Leerlaufbereich erhalten, weil sie oberhalb von 1500 U/min mit normaler Leerlaufdrehzahl laufen kann, aber dazu tendiert, einen sehr langsamen Leerlauf auszuführen, wenn die Drehzahl so weit heruntergeht, daß das Ventil nicht mehr trägheitsabhängig arbeitet.

Erwünscht ist, daß das Ventil noch bei Maschinendrehzahlen vollständig trägheitsabhängig arbeitet, die etwas unter der normalen Leerlaufdrehzahl, aber etwas über derjenigen Drehzahl liegen, bei der die kinetische Energie des Schwungrades noch ausreichend ist, eine volle Gasladung zu komprimieren. Die letztgenannte Drehzahl ist festgelegt durch den Schnitt der Kurven/1 und B der Fig. 1.

Wenn man will, daß das Ventil bei Drehzahlen von mehr als 900 U/min voll trägheitsabhängig arbeitet und bei geringeren Drehzahlen auf die Belüftungsströmung anspricht, kommt es zu miteinander un- verträglichen Erfordernissen. Damit das Ventil bei sehr geringen Geschwindigkeiten voll trägheitsabhängig arbeitet, muß die dieser Bewegung entgegenwirkende Reibungskraft klein sein, während eine wesentlich größere Reibungskraft am Ventil erforderlich ist, um es ordnungsgemäß auf Druckdifferenzen am Ventilteller ansprechen zu lassen. Dieser vermeintliche Konflikt läßt sich mit der Anordnung gemäß Fig. 10 und 11 einfach lösen. Hier wird mindestens bei dem Teil des Kompressionstaktes zwischen dem Punkt maximaler Kolbengeschwindigkeit und dem Punkt, an dem das Ventil mechanisch in den Sitz gedrückt wird, d. h. mindestens zwischen den Nockenwinkeln 270 und 297°, eine so große Vorspannkraft am Reibbelag 26 aufgebracht, daß das Ventil ordnungsgemäß druckdifferenzabhängig arbeitet. Während der übrigen Teile der Arbeitstakte, insbesondere während der kritischen Periode der Einlaßventilschließung zwischen den Nockenwinkeln 230 und 255° wird dagegen eine wesentlich geringere Vorspannungskraft am Reibbelag aufgebracht.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 und 11 arbeitet der Nocken 13, der einen Teil der Betätigungsvorrichtung für das Einlaßventil 9 bildet, mit einer Blattfeder 41 zusammen, die die für die verschiedenen Teile des Arbeitszyklus erforderlichen unterschiedlichen Vorspannkräfte am Reibbelag erzeugt. Die Gestalt des Nockens ist allein abhängig von Überlegungen der Ventilbewegungen und -lagen, sie wird in keiner Weise durch die gewünschte Zusammenarbeit mit der Blattfeder 41 abgewandelt oder beeiflußt.

Wie die Fig. 10 und 11 zeigen, wird der Reibbelag 26 nicht mehr von einer Schraubenfeder, sondern von der Blattfeder 41 beaufschlagt. In allen übrigen Punkten ist die Ventilbetätigungsvorrichtung, d. h. der Nocken 13, der Stößel 15, die Ventilfeder 12, das Ventil 9 und das Federwiderlager 18 identisch mit der Ausführungsform gemäß F i g. 2.

Die Blattfeder 41 ist dreiarmig, d. h., sie hat einen langen mittleren Arm 42, neben dem zwei kürzere äußere Arme 43 angeordnet sind. Diese drei Arme ragen von einem Querstück 44 nach unten.

Der obere Teil der Blattfeder 41 mit dem Querstück 44 und die kürzeren äußeren Arme 43 sind in der Ventilfederkammer 31 angeordnet. Der untere Teil des mittleren Armes 42 ragt über eine Öffnung 45 im Boden 46 der Ventilfederkammer nach unten in das Kurbelgehäuse der Maschine hinein, um dort den Einlaßventilnocken zu beaufschlagen. Die öffnung 45 sorgt auch für eine Belüftung des Kurbelgehäuses.

Der Reibbelag 26 wird vom oberen Teil des mittleren Armes 42 in der Nähe der Übergangsstelle zum Querstück 44 der Feder beaufschlagt. Die freien unteren Enden der äußeren Arme 43 tragen kurze Abkröpfungen 47, die ständig flach an der Innenseite des abnehmbaren Deckels 34 der Ventilfederkammer anliegen. Die äußeren Arme sind federnd vom Deckel 34 fortgebogen.

Während des größten Teiles des Maschinenarbeitszyklus liegt ein Teil des mittleren Armes 42 kurz unter den Enden der äußeren Arme 43 am Rand der Öffnung 45 an, der als Messerkante ausgebildet ist und eine Lagerschneide bzw. einen Drehgelenkpunkt 48 bildet. Während des größten Teiles des Arbeitszyklus der Maschine bewirken daher die kürzeren Arme 43 am Deckel 34, daß die Blattfeder um den Drehpunkt 48 eine Vorspannung des Reibbelages gegen den Ventilschaft ausübt. Da dann die ganze Blattfeder als zweiarmiger Hebel mit einem

relativ kurzen Hebelarm zwischen dem Drehpunkt 48 und dem Kraftangriffspunkt (Abkröpfung 47) arbeitet, ist die Vorspannkraft am Reibbelag relativ klein.

Das untere Ende des mittleren Armes 42 der Blattfeder hat eine solche Lage gegenüber dem Einlaßventilnocken 13, daß dessen radial vorspringender Teil die Blattfeder bei einem Nockenwinkel von etwa 245° beaufschlagt, so daß dann der längere Hebelarm schnell in solche Richtung verschwenkt wird, daß er vom Drehpunkt 48 abgehoben wird. Sobald dies geschieht, wirkt die Feder 41 als reine Blattfeder, die jetzt mittig an den Abkröpfungen 47 abgestützt ist. Zur Anwendung größerer Vorspannkräfte am Reibbelag braucht der Nocken den mittleren Federschenkel 42 nur einen kleinen Betrag vom Drehpunkt 48 zu entfernen, zumal die Biegungskräfte der Blattfeder über etwa gleich lange Hebelarme übertragen werden, weil die Abkröpfungen 47 etwa auf halbem Wege zwischen den Enden des mittleren Federarmes liegen.

Der mittlere Arm der Blattfeder wird maximal weit vom Drehpunkt 48 entfernt, wenn der Nocken um etwa 10° weitergelaufen ist und bleibt dann in dieser Stellung, um weiterhin die größere Vorspannkraft am Reibbelag aufzubringen, bis die Nähe des oberen Totpunktes des Kompressionstaktes erreicht ist. Der exakte Punkt, an dem der Nocken von der Blattfeder freikommt, um den Reibbelag wieder auf den geringen Andruckwert zu bringen, ist nicht kritisch, sofern sichergestellt ist, daß das Ventil zuvor mechanisch auf den Sitz gedrückt worden ist (Nockenwinkel 297°) und daß dieser Punkt nicht zu spät im Arbeitstakt liegt, um die ordnungsgemäße Unterdruckbeseitigung im Falle einer nicht gezündeten Brennraumfüllung zu behindern. Die Zeitangabe, die Dauer und die Größe der höheren Vorspannkraft können durch Wahl der Krümmung und der Lage des unteren Teiles der Feder eingestellt werden. Bei der Anordnung gemäß Fig. 10 und 11 brauchen keine kritischen kleinen Toleranzen eingehalten zu werden. Die Blattfeder 41 arbeitet praktisch wie zwei Federsysteme, von denen das erste aus den kürzeren Armen 43 und dem oberen Teil des mittleren Armes besteht, während zum zweiten Federsystem der gesamte mittlere Arm und die kürzeren Arme gehören.

Die Kurve D' in F i g. 1 zeigt die Abhängigkeit der beim Kompressionstakt erforderlichen Energie von der Drehzahl bei Beginn des Kompressionstaktes für eine Maschine mit der Anordnung gemäß F i g. 10 und 11. Bis zu etwa 600 oder 650 U/min ist der Verlauf der Kurve D' der gleiche wie bei der Kurve D. Bei etwa 650 U/min beginnt das Einlaßventil trägheitsabhängig zu werden, d. h. bei einer Nockenstellung von etwa 245° bewegt die Trägheit das Ventil über einen Teil seines freien Spieles, so daß es anschließend über den verbleibenden Teil des freien Spieles auf den Sitz bewegt werden kann, wenn das Gas mit Geschwindigkeiten entweicht, die geringer sind, als bei denen es sonst bei Drehzahlen unter 600 U/min ansprechen würde. Wenn sich die Drehzahl von 650 U/min bis auf etwa 950 U/min erhöht, wird das Ventil immer stärker trägheitsabhängig, d. h., es bewegt sich bei etwa 245° durch das Tragheitsmoment mehr und mehr über das freie Spiel, um dann anschließend durch das entweichende Gas, das dann immer kleinere Geschwindigkeiten hat, über den Rest des Weges in Schließrichtung getrieben zu werden. Schließlich ist bei allen Drehzahlen von mehr als 950 U/min das Ventil völlig trägheitsabhängig, d. h., es wird den ganzen Weg über sein freies Spiel allein durch das Trägheitsmoment bewegt. Daher verhält sich die Maschine oberhalb von etwa 950 U/min genauso wie eine Maschine mit einer konventionellen Ventilanordnung, so daß von etwa 950 U/min an die Kurve der beim Kompressionshub erforderlichen Energie eng der Kurve B in der Fig. 1 folgt.

Wie erwähnt, hängt die Geschwindigkeit der Belüftungsströmung bei der das Ventil auf den Sitz zu bewegt wird, von dem Ventilspalt (Abstand zwischen Ventil und Sitz) und von der Kraft, die der Bewegung des Ventils auf den Sitz federnd entgegenwirkt, ab. Die zwei zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung bringen ein Hilfsmittel zur Einstellung des kritischen Wertes der durch den Ventilspalt führenden, die Ventilschließung bewirkenden Belüftungsströmung.

Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 13 und 14 wird die Federkraft, die sich der Schließbewegung des Ventils entgegenstellt, während des Kompressionshubes variiert, während der Ventilspalt bis zum Schließzeitpunkt des Ventils auf einem konstanten Wert gehalten wird.

Das Ventil 9' der Ausführungsform gemäß Fig. 13 und 14 ist ein besonderes Dekompressionsventil, das zusätzlich zu den normalen Einlaß- und Auslaßventilen vorgesehen ist. Die Einlaß- und Auslaßventile können in allen Beziehungen in konventioneller Weise ausgebildet sein und sind daher nicht dargestellt. Durch den Sitz 16' des Ventils 9' steht der Brennraum der Maschine mit einer außerhalb des Brennraumes liegenden Zone, beispielsweise mit dem Einlaßstutzen 4, in Verbindung.

Die Betätigungsvorrichtung für das Ventil 9' besteht aus einem Nocken 13', einer oberen Feder 112, welche das Ventil 9' in Richtung auf den Sitz vorgespannt, und einer unteren Feder 212, die mit dem Nocken 13' zusammenarbeitet, um dem Ventil eine variable Vorspannung in Öffnungsrichtung zu erteilen.

Der Nocken 13' ist zusätzlich zu den Einlaß- und Auslaßventilnocken vorgesehen, kann aber auf der gleichen Welle angeordnet sein wie die letzteren. Der Nocken 13' verursacht keine unmittelbare Betätigung des Ventils 9', sondern verändert nur die an diesem Ventil angreifenden Vorspannkräfte.

Das Ventil 9' hat einen Ventilteller 10' und einen nach unten ragenden Schaft 11', welcher in entsprechender Weise hin- und herbeweglich im Maschinengehäuse gelagert ist. Auch hier ist die tatsächliche Ausrichtung des Ventils nicht erheblich.

An der Unterseite des Ventilschaftes 11' ist ein Federwiderlager 18' vorgesehen, welches nach oben und nach unten ragende Umf angsflansche 61 und 62 trägt. Die obere Feder 112 ist zwischen der Oberseite dieses Federwiderlagers und dem Boden einer nach unten geöffneten flachen Ausnehmung 63 in einem festen Teil des Maschinengehäuses gelagert. Die untere Feder 212 befindet sich zwischen der Unterseite des Federwiderlagers 18' und der Oberseite eines vergrößerten Kopfes 19' eines mit dem Nocken 13' zusammenwirkenden Stößels 15'. Der Stößel ist in einem festen Teil des Maschinengehäuses koaxial zum Ventil hin- und herbeweglich gelagert.

Während des größten Teiles : des Arbeitszyklus liegt am Stößel ein mit festem Radius ausgebildeter Teil 65 des Nockens an. In dieser Zeit ist, wie Fig. 13 zeigt, der Nocken wirkungslos und kann den Stößel nicht anheben, da der vergrößerte Kopf 19' des Stößels an einem festen Teil des Maschinengehäuses anliegt und in dieser Lage ein kleines Spiel zwischen Stößel und Nocken vorhanden ist. Unter diesen Bedingungen ist die von der unteren Feder 212 ausgeübte Kraft geringer als die der oberen Feder 112, so daß die letztere bestrebt ist, das Ventil im Sitz zu halten. Das Ventil kann jedoch bei einem nicht gezündeten Arbeitstakt aus dem Sitz herausgesaugt werden, um den zuvor erläuterten Grundgedanken zu entsprechen.

Gleich zu Beginn des Kompressionstaktes, d. h. unmittelbar vor einer normalen vollständigen Schließung des Einlaßventiles beaufschlagt der radial vorspringende Teil 66 des Nockens 13' den Stößel und hebt diesen an, um die untere Feder 212 zusammen- ao zudrücken. Bei einem Nockenwinkel von etwa 235° ist der Stößel voll angehoben. Hierbei überwindet die Kraft der unteren Feder 212 die der oberen Feder 112, so daß, wenn der Brennraumdruck klein genug ist, das Ventil vom Sitz abgehoben wird, wie es die Fig. 14 zeigt. Der Stößel bleibt in dieser vollangehobenen Stellung bis zu einem Nockenwinkel von etwa 275°.

In der Zeit, in der der Stößel voll angehoben ist, kann das Ventil schließen, wenn das aus dem Brennraum entweichende Gas eine solche Geschwindigkeit hat, daß die hierdurch am Ventilteller 10' ausgeübte Kraft gleich oder größer wird als die Differenz zwischen den am Ventil angreifenden gegensinnigen Kräften der Federn 112 und 212. Bis der Druck im Brennraum den Wert erreicht, bei dem die Belüftungsströmung durch den Ventilsitz 16' kritisch wird, bleibt das Ventil einen konstanten kleinen Betrag vom Sitz entfernt. Dieser Ventilabstand kann eine Größe von 0,3 bis 0,4 mm haben. Dieser Ventilspalt ist definiert durch das Anliegen einer nach oben gerichteten Schulter 67 des Federwiderlagers 18' an der Unterseite der Ausnehmung 63 des Maschinengehäuses. Von einem Nockenwinkel 275 bis etwa 297° wird der Stößel von dem Gefälleabschnitt 68 des Nockens 13' beaufschlagt, so daß der Stößel stetig in die in F i g. 13 dargestellte untere Stellung zurückkehrt. Diese Stellung wird unmittelbar vor dem Zündzeitpunkt erreicht. Wenn sich der Stößel nach unten bewegt, übt die untere Feder 212 eine stetig kleiner werdende Kraft am Ventil aus. Unmittelbar bevor der Stößel unten aufsitzt, kommen die Kräfte der beiden Federn in einen Gleichgewichtszustand, so daß, wenn der Stößel die untere Lage erreicht, das Ventil erneut durch die Vor-Spannkraft der oberen Feder 112 in Schließrichtung vorgespannt wird.

Wenn sich der Stößel entlang des Gefälleabschnittes 68 des Nockens nach unten bewegt und die gesamte nach oben gerichtete Vorspannkraft des Ventils stetig kleiner wird, kann das Ventil auf Grund der immer kleiner werdenden Belüftungsströmung schließen. Hieraus resultiert, daß der Kompressionsscheiteldruck bei einer beliebigen Drehzahl zu Beginn des Hubes im wesentlichen auf der Kurve D der Fig. 1 liegt.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 13 und 14 kann der Ventilspalt, d. h. der Abstand zwischen Ventilteller und Sitz in einigen ;Fälleö: etwas, kritisch sein, zumal die Dekompressionsöffnung, wenn der Kolben seine Kompressionsbewegung gegenüber der Kurbelwelle verlangsamt, :0ine konstante wirksame Querschnittsfläche behält.; Daher darf der Ventilspalt nicht zu groß sein, weil anderenfalls der Druck im Brennraum wieder abnimmt, nachdem der Kolben den Punkt größter Relativgeschwindigkeit gegenüber der Kurbelwelle überschritten hat. Dies gilt vor allem beim langsamen Anlassen, zumal dann die sich nicht ändernde Belüftungsöffnung des Ventils den Druck schneller absinken läßt, als,der sich verlangsamende Kolben diesen Druck aufbauen kann. Die Anordnung gemäß Fig. 13 und 14 kann aus den fcuvor erwähnten Gründen bei einzelnen Maschinentypen ebenfalls unerwünscht langsame Leerlaufdrehzahlen bewirken, insbesondere wenn der Brennraum über die vom Sitz 16' des Ventils definierte öffnung zum Einlaß belüftet wird. Es gibt jedoch eine sehr einfache Lösung dieses Problems, wenn man den Nocken 13' mit Hilfe eines Reglers bekannter Ausbildung axial verschiebt und vom Stößel entfernt, wenn die Maschinendrehzahlen etwa bei U/min oder höher liegen, so daß die Dekompressionsanordnung außer Betrieb gesetzt wird und das Ventil stets geschlossen bleibt, wenn die Maschine mit eigener Kraft läuft.

Claims

Patentansprüche:

1. Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Einzylinder-Viertakt-Maschinen, mit Kompressionsverminderung beim Anlassen mittels beschränkter Belüftung des Brennraumes über mindestens ein periodisch nockengesteuertes Ventil, welches sich zumindest in einem festgelegten Bereich des Steuerdiagramms innerhalb des Kompressionshubes zwischen einem geringen, die Belüftungsströmung aus dem Brennraum festlegenden Öffnungshub und der Schließstellung druckabhängig verstellen kann, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem vor der Vervollständigung des Kompressionshubes auftretenden Abfallen der Kolbengeschwindigkeit der mögliche Öffnungshub des Ventils derart verkleinert wird, daß der Druckanstieg im Brennraum fortdauert.

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungshub des die Belüftungsströmung durchlassenden Ventils auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten wird, solange beim Kompressionshub die Kolbengeschwindigkeit ansteigt.

3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Belüftungsströmung durchlassende Ventil während des gesamten Kompressionshubes im wesentlichen geschlossen gehalten wird, wenn die Maschine schneller läuft, als es einer vorgegebenen Drehzahl entspricht, die wesentlich unterhalb der vorgesehenen Minimal-Leerlaufdrehzahl liegt, aber so groß ist, daß die Maschine mit eigener Kraft weiterlaufen kann.

4. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum in solchem Maße belüftet wird, daß die für die Kompression des im Brennraum verbleibenden Gases erforderliche Energie kleiner als die bei Beginn des Kompressionshubes vorhandene kine-

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tische Energie der bewegliehen Maschinenteile wird.

5. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der kritische Wert der Belüftungsströmung, bei dem das die Belüftungsströmung durchlassende Ventil schließt, in Abhängigkeit von der Verminderung der Kolbengeschwindigkeit so vermindert wird, daß er sich am Ende des Kompressionshubes vor Erreichen des Zündzeitpunktes dem Wert Null nähert.

6. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung für das die Belüftungsströmung durchlassende Ventil (9) mit einem begrenzten Spiel (H-F) versehen ist, über das sich das Ventil (9) in Abhängigkeit von der Belüftungsstrcmung und von seinen Trägheitskräften verstellen kann, und daß mindestens zeitweilig am Ventil (9) eine der Ventilbewegung entgegenwirkende federnde Bremskraft angreift.

7. Ventilsteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Belüftungsströmung durchlassende Ventil ein Tellerventil (9) ist, dessen Ventilschaft (11) der Bremskraft ausgesetzt ist.

8. Ventilsteuerung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremskraft in ventilöffnender Richtung größer ist als in ventilschließender Richtung.

9. Ventilsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Bremskraft ein Reibbelag (26) mit Federkraft (28) am Ventilschaft (11) anliegt.

10. Ventilsteuerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibbelag (26) senkrecht zur Ventilschaftachse an einem kegel- oder keilförmigen Schaftabschnitt (35) angreift, der in Richtung auf den Ventilsitz (16) konvergiert oder gegenüber dem Reibbelag (26) zurücktritt.

11. Ventilsteuerung nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Andrücken des Reibbelages (26) eine Feder (41) vorgesehen ist, deren Vorspannung periodisch in Abhängigkeit von der Nockensteuerung (13) vergrößert und verkleinert wird.

12. Ventilsteuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blattfeder (41) zwischen Reibbelag (26) und festen Maschinenteilen ständig eine geringe Bremskraft am Ventilschaft (11) ausübt und einen von der Nockensteuerung (13) beaufschlagter Federarm (42) aufweist, der von einem Nockenteil beim Kompressionshub im Sinne einer Veränderung der Bremskraft ausgelenkt werden kann.

13. Ventilsteuerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für die Blattfeder (41) verschiedene Abstützpunkte (13, 48) vorgesehen sind und der Federarm (41) bei seiner Auslenkung einen Wechsel der Abstützpunkte (13, 48) bewirkt.

14. Ventilsteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das die Belüftungsströmung durchlassende Ventil (9') mit einer ersten Federanordnung (112) in Schließrichtung und mit einer zweiten Federanordnung (212) in Öffnungsrichtung beaufschlagt ist und die Vorspannung der zweiten Federanordnung (212) periodisch in Abhängigkeit von der Nockensteuerung (13') über die Vorspannung der ersten Federanordnung (112) hinaus vergrößert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen